蚊子以其煩人的特性而聞名，但現在研究人員已經將其最令人厭惡的特徵轉變為精密製造工具。來自麥吉爾大學和德雷克塞爾大學的研究團隊將雌性蚊子的吸食管轉變為超高分辨率的 3D 打印噴嘴。這種方法使打印機能以極高的精度鋪設材料，達到 20 微米的線寬，這比白血球的尺寸還要小。這一成果突破了目前 3D 打印的極限，標準的商用噴嘴通常無法達到如此精細的細節。研究人員表示，這種方法可能會重塑微觀製造，特別是在生物醫學應用方面。
該團隊將這一技術命名為 3D 死亡打印（3D necroprinting）。這一過程直接利用非活生物的結構作為功能性製造工具。與傳統噴嘴不同，蚊子的吸食管進化出有效穿透和液體運輸的能力。其自然幾何形狀減少了堵塞和壓力累積，使其非常適合進行受控的材料沉積。高分辨率的顯微鏡圖片顯示出利用蚊子吸食管噴嘴製作出的複雜 3D 打印結構。
高分辨率的 3D 打印和微量分配依賴超細噴嘴，這些噴嘴通常由專用的金屬或玻璃製成，研究共同作者麥吉爾大學組織修復與再生的助理教授暨加拿大研究主席李建宇表示。這些噴嘴價格昂貴，製造困難，並且會產生環境廢物和健康隱患。研究人員從安樂死的蚊子中提取吸食管，這些昆蟲來自德雷克塞爾大學的倫理批准實驗室。
在顯微鏡下，團隊逐一移除每根吸食管，並使用樹脂將其固定到標準塑料分配器尖端。安裝後，吸食管成為打印機的最終出口。在打印過程中，材料通過這根生物針流動。研究團隊在受控條件下測試了基於蚊子的噴嘴，測量其幾何形狀、強度和壓力限制，並將這些噴嘴集成到一個定制的 3D 打印系統中。
利用這一設置，研究人員打印出複雜的形狀，包括蜂窩圖案、楓葉設計以及微型生物支架。有些生物支架包裹了癌細胞和紅血球而不損壞它們。麥吉爾大學的小規模材料與製造的助理教授暨研究共同作者曹昌鴻表示，蚊子的吸食管使我們能夠打印出極小且精確的結構，這些結構使用傳統工具製作時要麼困難，要麼非常昂貴。由於生物噴嘴是可生物降解的，我們可以重新利用那些本來會被丟棄的材料。這種方法可以支持組織工程、細胞載體的凝膠打印和微觀材料的放置，研究人員還看到了處理精密半導體元件的潛力。
這項研究建立在早期受蚊子啟發的研究基礎上，研究生賈斯丁·普馬（Justin Puma）負責該項工作。他之前探索了蚊子解剖學的仿生用途，這對本項目產生了重要影響。合作也是一個關鍵因素，與德雷克塞爾大學的梅根·克瑞頓（Megan Creighton）和阿里·阿菲菲（Ali Afify）關於另一項蚊子研究的討論激發了測試吸食管作為打印工具的想法。
生物打印的演進幫助醫學研究人員開發獨特的治療方法。克瑞頓表示，隨著科技的不斷提升，我們必須努力創新。團隊還測試了噴嘴的耐用性，當壓力保持在安全範圍內時，吸食管噴嘴能夠耐受多次打印循環。曹表示，我們發現只要壓力保持在安全範圍內，蚊子的吸食管就可以承受多次打印循環，並且經過適當的處理和清潔，噴嘴可以重複使用多次。
對於研究人員來說，這項工作突顯了一種更廣泛的轉變。通過引入生物材料作為複雜工程組件的可行替代品，這項研究為先進製造和微工程領域提供了可持續和創新的解決方案。該研究已發表在《科學進展》期刊上。
